PLC在工业自动化控制方面的应用研究

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PLC在工业自动化控制方面的应用研究

缑庆浩

（营口新山鹰报警设备有限公司，辽宁󰀃营口󰀃115003）

摘 要：随着国民经济的发展，人们生活水平的提高，工业生产在我们的生活中占据着越来越重的地位。在数百年的工业发展中，工业生产发展逐渐有人工发展向机器发展过渡，尤其是近百年来，由机器取代人工的概念发展迅速，工业自动化水平越来越高，在经历了由半自动化向全自动化过渡的过程后，工业自动化发展到了一个更高的水平。至此，工业自动化控制及其内部控制程序成为人们研究的一个课题。关键词：PLC控制系统；工业自动化；程式控制器中图分类号：TP273󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃文献标志码：A󰀃DOI:10.19537/j.cnki.2096-2789.2019.03.047

在第一次工业革命、第二次工业革命的发展中，机器逐渐取代了人力。20世纪60年代以后，第三次工业革命的到来，工业自动化控制逐渐提上日程，美国推出的PLC可编程逻辑控制器应用于工业方面，工业自动化发展进程加快。

1 PLC控制系统及与工业自动化控制概述

1.1 工业自动化及其发展历程

随着科学技术的发展，工业生产逐渐走向了由机器取代人工的到路，特别是自20世纪40年代以来，世界逐渐走向了工业自动化的进程。工业自动化是在科学技术的发展的基础上出现的一种在工业生产过程中大部分甚至全部广泛采用自动控制、自动调整装置的，用来取代人工直接操纵机器和机器所组成的体系进行加工生产的一种趋势，其定义大概可概括为是在机器设备或生厂过程在不需要人工进行干预的情况下，由机器或系统控制自行实现预期目标及对预期目标的测量、操控等信息处理与过程控制的一种概括性描述。

工业自动化水平在其发展阶段可主要分为半自动化工业生产与全自动化工业生产。顾名思义，半自动化工业生产是指部分采用自动控制与自动调整装置，另一部分仍然依赖人工进行操作生产，在这个过程主要是20世纪40年代到60年代初，在这个阶段，产业生产的产品市场竞争激烈，生产资源的利用与工人的劳动强度需求的降低产生了矛盾，以及在对产品质量的提高，大批量生产的需求等条件下，工业自动化出现并逐渐发展起来，在这个阶段社会仅仅是实现了半自动化。全自动化是指生产过程中的全部工业生产程序以及上料、下料、装载卸下等过程都不需要人工进行操作而全部由机器进行搬运、生产的自动生产。在这个阶段主要处于20世纪70年代至今。而中间的20世纪60年代初至70年代是一个由半自动化向全自动化的过渡时期，在这个时期市场中产品进展开始加剧，在对产品更新提出了更高的要求，在产品更新速度上要求加快，质量上要求更高，同时在劳动强度上以及大批量生产需要方面提出了更高的要求，在此需求动力下，基于单机自动化的设备，各种把单机自动化设备组合起来连成一个整体的机床以及在此基础上在此进行链接组合的生产线出现。而20世纪70年代至今，在此阶段工业市场发生变化，以前的

作者简介：缑庆浩（1979—），男，工程师，研究方向：自动化控制。

󰀃󰀃文章编号：2096-2789（2019）03-0099-02 中小批量生产中出现的普遍问题愈加严重，在自动化技术方面的要求越来越高。CIM广泛为人所接受，同时并行工程自80年代末开始逐渐应用并逐渐在自动化技术领域活跃，并逐渐反作用于自动化技术的发展。CIMS工厂，柔性制造系统（FMS）是这个阶段的典型代表。1.2 PLC控制系统及其发展历程

PLC控制系统全称为Programmable Logic Control-ler，即可编程逻辑控制器，主要是为工业生产自动化中，是为工业生产设计而成的一种数学运算操作的一种电子装置，其设计中采用一种可编程的用于内部存储的存储器，存储并运行内部程序，执行输入程序中的相关命令并因此而形成的内部的逻辑运算与顺序控制，以此进行面向广大用户的定时，计数与算数操作等相关功能的操作，再使用数字或模拟式输入/输出程序命令操控各种类型的机械等进行生产的生产过程。PLC是基于工业全自动化的需求发展而来的一种系统控制模式，是不同于个人电脑的即时系统。在传统式的继电器等电机控制系统中，变更设计是一种极为复杂的程序，在变更设计时继电器的整个系统基本上都需要重新制作,耗时又耗力；同时继电器的缺陷所在接点接触不良、磨损、体积大,造成了继电器成本的升高、可靠性低、不易检修等问题。继电器所具有的这种成本高使用效率低下等缺点在社会告诉发展，市场需求不断提高的情形下不再适应市场需求的变化，在对继电器的这些缺点进行研究并改善的情形下，美国DEC在1969年首度发表：可编程式控制器，其在工业自动化的应用发展中起到了极大的促进作用。

PLC控制系统是20世纪60年代由美国推出的可编程逻辑控制器，这种控制系统取代了传统继电器控制装置，在几十年的时间内得到了快速发展，并得到了广泛应用，在此基础上由于科学技术的发展以及市场需求，PLC控制系统的功能也越发完善，是工业实现全自动化的一种系统的全面的控制程序。其中，PLC控制系统的发展涉及到了计算机技术、信号处理技术、控制技术、网络技术，PLC在这些技术逐渐发展的基础上功能不断完善，其中相比于PLC控制系统仅有的开关量的处理，PLC控制系统又在此基础上增加了模拟量处理和运动控制功能。随着科学技术的发展，国民经济的发展，现如今的PLC控制系统在逻辑控制、运动控制、过程控制等功能方面已取得了长足的进步。

PLC控制系统实质上可以视为一种专用于工业控制方面的计算机，其硬件结构与微型计算机的硬件结构基本一致，主要包括中央处理单元、存储器、电源、程

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| 工程技术与应用 | Engineering Technology and Application2019年第3期

式输入装置、输入／输出回路等部分，其工作原理是在PLC控制器运行后中，经过输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段，三个阶段都完成后称作一个扫描周期。在工业自动化生产中，PLC控制器重复上述三个阶段，在不断重复后完成工业的生产自动化。

2 PLC在工业自动化控制方面的应用

2.1 PLC控制系统应用领域

随着科学技术的发展，PLC在推出以来即是用于工业自动化控制方面的有效系统控制器，PLC系统在数十年的发展中，基于计算机技术、网络技术、信号处理技术、控制技术等的发展，PLC控制系统在开关量处理、模拟量处理、运动控制、逻辑控制等功能方面已取得了长足的进步，PLC控制系统在功能上、技术上、效率上所具有各种优势使得它广泛的应用于各种工业生产中，是工业生产自动化控制所值得应用的一种高效的控制系统。随着PLC控制系统的出现，在科学技术以及PLC控制系统设计所涉及的相关技术取得了巨大进步的基础上，PLC控制系统为各市场生产商所控制生产，被广泛应用于工业生产中，由此又进一步推动了PLC控制系统的技术上的提升与发展。目前市面上的PLC控制器种类繁多,由于各制造厂商的不同以及PLC控制器所适用场所的不同而有所差异，但PLC控制器的本质及工作原理不曾发生明显的改变。而PLC控制器目前可依据厂牌的不同，依PLC控制器的机组复杂度分为大、中、小三种类型。在这三种类型上，小型PLC一般使用于一般工厂及学校，日系F系列及我国A系列PLC是我国PLC控制器的主要运用种类。如今，由于PLC控制器所具有高效益、功能齐全、价格较低、使用简便等优势已逐渐在国内外得到了广泛应用。其中在钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业得到了广泛应用。

2.2 PLC控制器在工业自动化控制方面的专用概括

PLC控制系统在实际使用情况中，由于PLC控制器生产厂商不同以及生产技术问题、PLC控制器的品牌、使用中的主要偏向，及所具有的功能主要情况不同，其在使用中依据使用情况的不同，可大致分为以下几种情况：

（1）开关量的逻辑控制是PLC控制器实际应用中的基本功能，是在对传统的继电器的缺陷进行研究时出现的对继电器的取代，相对于传统的继电器而言具有更多的功能，尤其是逻辑控制、顺序控制等功能，它既可对单台设备进行控制，也可对多种机械进行群体控制并在此情形下形成自动化流水线的工作模式，基本应用此项功能的主要有组合机床、电镀流磨水线、包装生产线等机床及流水线。

（2）模拟量控制，主要是指在工业生产过程中，对工业生产起到影响作用的连续变化的量进行控制管理。在PLC对模拟量进行处理的过程中，必须实现模拟量和数字量之间的相互转换。

（3）PLC控制器中的运动控制功能是用于控制曲线运动或直线运动。PLC控制器早期直接用开关量模块连接位置传感器和执行机构，现如由于科技的发展及对专业技术的重视等，专用的运动控制模块出现并运用在了PLC控制器中，如可驱动步进电机。目前，运动控制功能基本存在于全部的PLC控制器中，如PLC控制器运动控制功能在机械、机床、机器人、电梯等场合的应用。

（4）数据处理功能是现如今PLC控制器的一项主要功能。现如今的PLC控制器数学运算(包涵各种所要应用的数学部分)、数据传送、数据转换、排序、查表、操作等功能已经是PLC控制器工作所应具有的功能程序，在此情形下，PLC控制器可以对数据进行采集、分析、处理，在此基础上与存储在存储器中的参考值进行比较，完成控制操作。同时，也可以利用通信功能进行传送，利用别的智能装置，将他们进行分析、处理从而打印制作表单。数据处理一般情况下用于大型的控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如冶金、造纸、食品工业中的一些大型控制系统。

（5）通信及联网功能，这个功能主要是进入21世纪以来，在市场需求的各用户需求的条件下出现的用于PLC控制器之间或与其他设备之间的通信，这种通信基于现如今计算机网络技术发展而出现，其应用是时代发展的需要，在未来也必定是需要重视发展的PLC控制器中的一个重要功能。

3 结束语

随着国民经济的发展，人们生活水平的提高，人们在对各种产品的需求不断提高，以及市场需求的变化促使了工业自动化的发展。PLC控制器促使了工业自动化的不断发展，PLC的优势使得它在工业自动化控制中的得到了广泛应用，PLC控制器的优势将使得它现如今难以为社会所淘汰，其将会在未来得到更进一步的更高的发展。

参考文献：

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